ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ СВИНЦОВО – ЦИНКОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ШАЛКИЯ

Канаев А.Т., Рахимова А.Н.

В посёлке расположено полиметаллическое (цинк, свинец) месторождение Шалкия (Шалхия). Разработчик - ТОО Горно-металлургическая компания «Шалкия-Цинк». Первая очередь нового предприятия должная быть запущена в 2012 году, на полную мощность новый завод должен выйти в 2015 году [2]. Месторождение «Шалкия» открыто в начале 60-х годов и по общим запасам руды в настоящее время является одним из главных потенциальных сырьевых источников для цветной металлургии Республики Казахстан. В целом все шалкинские руды можно привести к одному промышленному и технологическому типу и характеризовать как свинцово-цинковые. Максимально суммарное содержание ценных металлов по месторождению составляет не более 5,5 %, где 70 - 80 % цинк и 30 - 20 % свинец, т. е. по суммарному содержанию металлов данное месторождение можно отнести к категории бедных.

Основными полезными минералами в рудах являются сфалерит, галенит и пирит, которые имеют очень тонкую вкрапленность от пылевидной до 0,1 мм и характеризуются тесным взаимопрорастанием между собой, а также с вмещающими минералами пустой породы, в частности кварцем и карбонатами. Присущая рудам весьма тонкая вкрапленность минералов свинца и цинка осложняется присутствием в них углистого вещества с высоким содержанием графита, который присутствует как во вмещающих породах, так и в полезных минералах. Все ранее выполненные исследования по разработке технологии обогащения руды Шалкинского месторождения были посвящены флотационному обогащению, на основании которых были рекомендованы коллективно-селективные и селективные схемы переработки [1, 2].

Девонские отложения представлены двумя толщами, значительно отличающимися по литологическому составу. Нижняя (тюлькубашская свита) относится к нерасчлененному среднему и верхнему девону и по составу является терригенной (красно – бурые, мелко- и крупнозернистые песчанники, конгломерато – брекчии); верхняя приурочена к фаменскому ярусу верхнего девона и сложена карбонатными породами.

В разрезе карбонатных отложений выделено два горизонта: джилаганатинский и жанкурганский.

Разрез карбонатных отложений в пределах месторождения начинается с нижней (подрудной) пачки джилаганатинского горизонта. По текстурным особенностям в пределах пачки выделяется три слоя:

1. тонкослоистый – темно – серые, микро- и тонкозернистые известняки с вкрапленностью пирита, мощность 85 – 140 м. 2. Слоисто-комковатый – переслаивание известняков слоистых и комковатых текстур, мощность 65 – 120 м. 3.Комковатый слой – доломитовые известняки комковатой текстуры, мощность 70 – 100 м.

Выше следует отложения верхней подрудной пачки, сложенной массивными грубослоистыми темными известняками, мощность 175 м. Отложения верхней подрудной пачки перекрываются продуктивной рудовмещающей пачкой крупно- и мелкозернистых доломитов черного цвета с большим количеством линзочек, слои кремнистых пород мощность – 70 – 130 м.

Условно продуктивная пачка может быть разделена на три части, причем оруденение приурочено к средней части пачки, слоенной тонким переслаиванием известняков с различным содержанием доломитовой молекулы, кремнистых пород (фтанита).

В целом карбонатные породы джилаганатинского горизонта состоят из 60% кальцита, 24% доломита, 16% нерастворимого остатка.

Отложения вышележащего жанкурганского горизонта в нижней части сложены известняками и доломитами известково – доломитового слоя со значительным количеством линз силицилитов и конгломератов. Выше по разрезу лежат толстослоистые известняки в переслаивании с комковатыми разностями. Разрез жанкурганского горизонта заканчивается массивными пелитоморфными доломитами.

Отложения жанкурганского горизонта имеют примерно одинаковый состав с отложениями джилаганатинского горизонта (кальцит 54%, доломит 19%, нерастворимый остаток 17%). Отдельные горизонты карбонатных пород месторождения Шалкия имеют довольно пестрый состав (табл.2). Как в жанкурганском, так и в джилаганатинском горизонтах установлено наличие органического углерода (1,22% и 3,23% соответственно) и серы в битумах. Выход битумов составляет для жанкурганского горизонта 0,32%, для джилаганатинского 0,52%.

В структурном отношении месторождение расположено в районе наиболее осложненной части северо – западного замыкания Аккуюкской брахисинклинали. В пределах месторождения карбонатная толща фаменского яруса смята в брахискладки, рассеченные многочисленными нарушениями северо-западного, реже северо-восточного направления. Наиболее крупное из тектонических нарушений – Шалкиинский надвиг, который расчленяет участок месторождения на два тектонических блока: Северо-Западный и Юго-Восточный. Северо-Западный блок приподнят относительно Юго-Восточного не менее, чем на 400 м, вследствие этого в пределах Северо-Западного блока наблюдается наиболее глубокий эрозионный срез. Здесь всюду обнажаются лишь отложения подрудных пачек.

Таблица 2. Состав рудовмещающих пород месторождения Шалкия

горизонт	Слои	Карбонаты		Нерастворимый остаток, %						Углерод органический,%	Сера в битумах, г/т
		кальцит	доломит	содержание		Тяжелая фракция	Легкая фракция	Глинистая фракция	Органическое вещество
Жанкурганский	Доломитовый	10	70,4		19,6	0,1	14,7	2,6	2,3	1,32	7
	Комковатый	71	12		17	0,3	12,3	1,5	3,1	1,02	20
	Слоистый	56,7	22,5		20,8	0,3	13,5	3	3,6	1,29	70
	Тонкослоистый	59,9	25,4		14,7	0,3	11,8	1,2	0,8	1,25	60
Джилагана- тинский	Доломитовый (рудовмещающий)	3	70		27	0,7	17,4	4,2	4,6	4,65	220
	Массивный	60	21,3		18,7	0,3	14,8	1,85	1,3	3	210
	Комковатый	68,7	21,9		9,4	0,5	6,3	0,9	1,4	3,12	4,8
	Слоисто-комковатый	74,2	9,8		16	0,25	11,2	1,65	2,7	2,68	150
	Тонкослоистый	75	10,1		14,9	0,4	10,1	1,12	3,05	1,39	180

В пределах Юго-Восточного блока находятся рудные тела месторождения Шалкия. Между основными нарушениями наблюдаются более мелкие круто- и пологопадающие разрывные нарушения типа взбрососдвигов юго-восточного и северо-западного направления. С разрывными и складчатыми дислокациями на месторождении связано формирование трещиноватых пород. Наиболее интенсивно трещиноватость проявлена в окремненных и кремнистых доломитах (продуктивная доломитовая пачка), легко подвергшихся хрупким деформациям, что имело важное значение для локализации оруденения.

По характеру рудной минерализации на месторождении выделяются цинковые и свинцово – цинковые руды, последние преобладают. Руды месторождения по своим текстурам разделяются на пять типов: вкрапленные, полосчатые, пятнистые, прожилково–вкрапленные (наиболее распространные), массивные. Текстурный рисунок определяется пиритом, широко развитым на месторождении. Галенит образует рассеянную вкрапленность в кремнистых доломитах, а сфалерит – тончайшие секущие прожилки и вкрапленность, приуроченную к кварц–карбонатным прожилкам, секущим кремнистые доломиты. Меньше развиты халькопирит, блеклая руда, бурнонит, буланжерит; из нерудных встречаются циркон, рутил, апатит, сфен. Из вторичных – церуссит, англезит, смитсонит и плюмбоярозит, установленные в скважинах, тяготеющих к зонам разломов.

В пределах верхнего рудного тела отмечается отчетливая зональность в распределении свинца и цинка. Так, например, парный коэффициент корреляции свинец – цинк с глубиной закономерно изменяется в сторону уменьшения, а на горизонте 350 – 400 м он становится отрицательным (табл.3). еще более наглядно зональность проявляется при изучении отношения среднего содержания цинк–свинец, что обусловлено в основном закономерным уменьшением содержания свинца с глубиной и увеличением содержания цинка. В нижнем рудном теле с глубиной содержание цинка закономерно увеличивается.

В верхнем и в нижнем рудных телах с глубиной увеличивается содержание мышьяка.

Таблица 3.

Изменение содержания элементов в рудах и их коэффициентов корреляции месторождения Шалкия

Гори-зонт, м	Рудное тело	Элемент	Количество проб	Отношение средних содержаний цинка и свинца	Парные коэффициенты корреляции
50 – 100	Верхнее	Свинец Цинк	102	2,42	0,79
150 – 200	Верхнее	Свинец Цинк	36	3,72	0,52
250 – 300	Верхнее	Свинец Цинк	45	4,45	0,34
350 – 400	Верхнее	Свинец Цинк	32	13,3	-0,19
50 – 100	Нижнее	Свинец Цинк	26	1,96	0,74
150 – 200	Нижнее	Свинец Цинк	68	2,3	0,28
250 – 300	Нижнее	Свинец Цинк	26	3,46	0,54

В целом для месторождения характерны равномерное распределение цинка, коэффициент вариации содержаний которого менее 50%, и положительная корреляционная связь между свинцом и цинком.

Таким образом, сходство геологического строения месторождений Шалкия и Миргалимсай, наличие зональности в распределении свинца и цинка в рудных телах месторождений позволяют сделать следующий вывод. Сравнивая распределения полезных компонентов на месторождениях Миргалимсай и Шалкия, можно предположить, что месторождение Шалкия образовалась в более глубинных условиях, чем Миргалимсай. Это предположение основано на следующим. На месторождении Шалкия, по сравнению с Миргалимсаем, резко возрастает роль цинка при значительном увеличении его абсолютных содержаний. Учитывая, что цинк вообще характерен для более глубоких горизонтов, следует признать, что и месторождение Шалкия образовалось в более глубинных условиях. В пользу этого вывода говорит и отсутствие барита на Шалкие, при снижении его содержания с глубиной на месторождении Миргалимсай.

Барит на свинцово – цинковых месторождениях, как правило, концентрируется в близповерхностной зоне. Отсутствие барита на месторождении Шалкия также можно объяснить более глубинным его образованием.

В биогеоценозах рудных месторождений велико роль геохимической деятельности микроорганизмов, в связи с чем уделяется большое внимание изучению их экологии. Однако сведения о микробных комплексах свинцово-цинкого месторождения Шалкия отсутствуют. Поэтому нами проведены исследования по изучению микробоценоза руды и шахтных вод этого месторождения.

Микробиологическому обследованию подвергались два горизонта месторождения, Жанкурганский и Джилаганатинский, расположенные по растиранию рудного тела на глубине 350-400 м. Для анализа отобрано 8 проб из шахтных вод и рудного тела месторождения.

При обследовании Жанкурганского горизонта Шалкийского месторождения стоячие воды и капежи были обнаружены лишь на верхнем горизонте 250-300м. Выяснилось, что температура горизонта Джилаганатинского горизонта с увеличением глубины горизонта снижается c 12 до 6,5⁰С_, рН колеблется от 1,5 до 7,0.

Анализируя данные о численности хемолитоавтотрофных бактерий – основных показателей степени окислительно-востановительных процессов, необходимо отметить, что они встречались в месторождении редко и в незначительных количествах. Содержание T.thiooxidans был отмечен в пробах руды, имеющих кислую реакцию (рН 1,5-2,0), а численность клеток его достигала от 10 до 10² на 1 г руды. T.ferrooxidans встречается в рудничных водах до 10⁵ клеток на 1 г руды, причем его распространение в одном случае совпадает с местообитаниями T.thiooxidans. Эти культуры в основном встречались в Жанкурганском горизонте, где кислотность (рН) среды составляет 1,5-2,0. Как видно из табл.4., в Джалаганатинском горизонте тионовые бактерий, не обнаружены, что видимо связано с нейтральной реакцей вод и непродолжительным контактом руд с кислородом воздуха.

В целях получения определенного представления о функциональной структуре микробных ценозов мы изучали численность нитрифицирующих бактерий. Следует отметить, что для рассматриваемого месторождения характерным оказалось преобладание нитрифицирующих бактерий в образцах с нейтральным и слабокислым значением рН среды, в кислых средах они отсутствовали. Нитрифицирующие бактерии в Жанкурганском горизонтах были обнаружены только в одном случае – в точке горизонта 400 (черная влажная руда), с нейтральной реакцией. В одном случае (горизонт 400, налет на руде) было отмечено нахождение этого организма в кислой среде, по-видимому, это можно объяснить механическим захватом кислыми водами клеток нитрифицирующих бактерии при их прохождении через зоны окисления.

В Джилаганатинском горизонте наблюдается широкое распространение этих групп бактерий. Рост был отмечен во всех пробах вод и руды, имеющих нейтральную и слобокислую реакцию, а численность клеток его достигала 10 – 10⁵ на 1 мл воды или 10² клеток на 1 г руды (табл.4).

Таблица 4. Численность хемолитоавтотрофных бактерии на различных уровнях горизонтов Жанкурганского и Джилаганатинского месторождения Шалкия.

Горизонт	Характеристика места отбора проб	рН	Температура, ^оС	Количество клеток в 1 мл воды или 1 г руды
				Нитрифицирущие	T.thiooxi-dans	T.ferroox-idans
Жанкурганский	Гор-нт Жанкурганский, Гор-нт 350 м скреп-ия, увла-ная руда, висячий бок северной линзы	2,0	-	0	0	10^5
	Горизонт 350, пириты, капли на руде	1,5	-	10	10	0
	Горизонт 400, налет на руде	1,5	-	0	10^2	10^5
	Горизонт 400, черная влажная руда	7,0	-	10^4	0	0
Джилага-натинский	Горизонт 250, вода вытекающая из рудного тела	6,5	12	10^4	0	0
	Горизонт, рыжый налет на руде	-	-	10^2	0	0
	Горизонт 300, стоячая вода	5,3	6,5	10	0	0
	Горизонт 300, просачивание и капеж воды	7,0	6,5	10^5	0	0

Наиболее широко была представлена группа сапрофитов. Их количество в месторождениях колебалось весьма значительно. В шахтных водах число сапрофитов варьировало от 610 до 40100 клеток в 1 мл шахтной воды и 15 до 18 650 клеток на 1 г руды. В пробах руды и шахных вод, где реакция среды колебалась в пределах от 1,5 до 2,0, численность сапрофитных бактерий не превышала 250 клеток на 1 г руды максимальное их количество обнаруживалось в пробах с нейтральной реакцией.

Отмеченная закономерность позволяет предположить, что сапрофитные микроорганизмы, обнаруженные в месторождении Шалкия, является представителями обычной микрофлоры, оптимум для развития которой является нейтральная реакция среды (рис.2).

Численность сапрофитных микроорганизмов на различных уровнях горизонтов Жанкурганского и Джилаганатинского месторождения Шалкия.

I - горизонт Жанкурганский, 1 -Горизонт 350 м скрепирования, увлажненная руда, висячий бок северной линзы; 2 - Горизонт 350, пириты, капли на руде; 3 - Горизонт 400, налет на руде; 4 - Горизонт 400, черная влажная руда. II – горизонт Джилаганатинский, 1 - Горизонт 250, вода вытекающая из рудного тела; 2 - Горизонт, рыжый налет на руде; 3 - Горизонт 300, стоячая вода; 4 - Горизонт 300, просачивание и капеж воды.

Рисунок 2

Наблюдающаяся дифференциация распространения сапрофитов в зависимости от рН вод и руды, по-видимому, отражает уменьшение общего их числа в зоне гипергенеза на месте. Непосредственно после вскрытия рудного тела, шахтные воды имеют преимущественно нейтральную реакцию, что благоприятствуют развитию сапрофитных микроорганизмов, кислые рудничные воды в этот период встречаются лишь микрозонально и возможно широкая миграция в них различных микроорганизмов. Затем, по мере развития окислительных процессов на месторождении, воды приобретают кислую реакцию, а сапрофиты выживают лишь в зонах умеренной кислотности или с величиной рН близкой к нейтральной, и не сохраняют прежней численности.

Грибы встречались почти во всех обследованных точках, причем окозалось, что численность грибов в воде была больше (от 22 до 2640 колоний на 1 мл), тогда как в образцах руды их количество составляло 8-350 колоний на 1 г руды и шахтной воды (рис.3).

Численность грибов на различных уровнях горизонтов Жанкурганского и Джилаганатинского месторождения Шалкия.

I - горизонт Жанкурганский,1 - Горизонт 350 м скрепирования, увлажненная руда, висячий бок северной линзы; 2 - Горизонт 350, пириты, капли на руде; 3 - Горизонт 400, налет на руде; 4 - Горизонт 400, черная влажная руда.II – горизонт Джилаганатинский, 1 - Горизонт 250, вода вытекающая из рудного тела; 2 - Горизонт, рыжый налет на руде; 3 - Горизонт 300, стоячая вода; 4 - Горизонт 300, просачивание и капеж воды.

Рисунок 3

Широко представлена на месторождении актиномицеты. Их численность колебалось от 3-5 до 455 колоний на 1 г руды и от 6 до 45 колоний на 1 мл воды. Наибольшее число приурочено к различным цветным наростам на руде и старых шахтных выроботках и водах, имеющих достаточно продолжительный контакт с кислородом воздуха (рис.4). В одном случае было отмечено нехождение этого организма в кислой среде Жанкурганского горизонта, по – видимому, это можно объяснить механическим захватом кислыми водами актиномицетов при прохождении через зоны окисления.

Таким образом, с глубиной горизонта количество грибов и актиномицетов значительно увеличивается, а в образцах, где рН среды кислая, они обнаружены в меньших количествах. Присутствие в шахтных водах и руде значительного количества этих микроорганизмов, в связи с наличием в руде значительного количества углистого вещества, позволяет предположить об их участии в процессах превращения веществ на месторождении.

Численность актиномицетов на различных уровнях горизонтов Жанкурганского и Джилаганатинского месторождения Шалкия.

I - горизонт Жанкурганский, 1 - Горизонт 350 м скрепирования, увлажненная руда, висячий бок северной линзы; 2 - Горизонт 350, пириты, капли на руде; 3 - Горизонт 400, налет на руде; 4 - Горизонт 400, черная влажная руда. II – горизонт Джилаганатинский, 1 - Горизонт 250, вода вытекающая из рудного тела; 2 - Горизонт, рыжый налет на руде; 3 - Горизонт 300, стоячая вода; 4 - Горизонт 300, просачивание и капеж воды.

Рисунок 4

Итак, учет специфических (тионовых) и неспецифических (гетеротрофных) бактерий в различных рудах и водах и характеристика экологических условий их жизнедеятельности дают основание считать, что в месторождениях они выступают в качестве окислителей рудных минералов.

Литература

1. Митяева Н. М., Искакова Г.А. Вещественный состав и технологические свойства руд Шалкии. Кн. Геология и полезные ископаемые Южного Казахстана. Алматы. 1988.

2. Разработка технологии обогащения свинцово-цинковых руд месторождения Шалкия с получением свинцовых и цинковых концентратов с выдачей рекомендаций для внедрения Отчет о НИР/ВНИИцветмет, Руководитель Иванов Г. И. № 6-03-35- Усть-Каменогорск, 2003.